Descubre las ventajas de la tecnología IGBT

Los transistores bipolares de puerta aislada o IGBT son una forma de dispositivo semiconductor discreto que se utiliza generalmente para aplicaciones de potencia: fuentes de alimentación, conmutación de potencia, etc.

La ventaja de los transistores IGBT disponibles en RS es que combinan muchas de las características de los MOSFET y de los transistores bipolares, proporcionando la alta tensión y la capacidad de manejo de corriente de los transistores bipolares con la conmutación de alta velocidad y el rendimiento de baja corriente de puerta de los MOSFET de potencia.

La necesidad del transistor bipolar de puerta aislada, IGBT, surgió porque tanto los MOSFET como los transistores de unión bipolar, BJT, tienen sus limitaciones, especialmente cuando se trata de aplicaciones de alta corriente.

Por consiguiente, la invención del transistor IGBT permitió combinar las ventajas de ambos tipos de dispositivos en un único dispositivo semiconductor.

IGBT, fundamentos del transistor bipolar de puerta aislada

Los IGBT tienen tres terminales, al igual que los MOSFET de puerta simple y los transistores bipolares, pero internamente están formados por cuatro capas de semiconductor de tipo P y N alternadas.

El dispositivo es unidireccional, a diferencia de un MOSFET de potencia que es bidireccional y aunque la estructura de un IGBT parece ser la misma que la de un tiristor con una puerta MOS, la acción del tiristor se suprime y sólo se produce la acción del transistor.

El IGBT está diseñado para apagarse rápidamente, por lo que se suele utilizar para crear formas de onda moduladas en anchura de pulso. Cuando se utilizan con filtros de paso bajo, esto permite que estos dispositivos puedan controlar el flujo de energía a varias formas de carga.

Ventajas del IGBT

  • Tiene capacidades de alto voltaje y corriente en comparación con un transistor bipolar o un MOSFET de potencia
  • Normalmente no se bloquean de la misma manera que los tiristores
  • Pueden conmutar altos niveles de corriente utilizando una baja tensión de control
  • Un IGBT tiene una resistencia de encendido muy baja, lo que es ideal para muchas aplicaciones de conmutación de potencia
  • Posee una impedancia de entrada muy alta
  • Se controla por tensión (como un MOSFET), por lo que se necesita muy poca corriente para conmutar niveles de corriente elevados
  • Las señales de accionamiento de la puerta son fáciles de implementar y no requieren circuitos complicados: un simple voltaje positivo para encender el IGBT y cero para apagarlo
  • Alta densidad de corriente y, por lo tanto, el tamaño real del chip de silicio es pequeño, lo que se traduce en un menor tamaño de los paquetes para un nivel de corriente determinado.
  • Mayor ganancia de potencia que un transistor bipolar o un MOSFET
  • El IGBT tiene una mayor velocidad de conmutación en comparación con un transistor bipolar
  • Presentan una relación menor entre la capacitancia del colector de la puerta y la capacitancia del emisor de la puerta que los dispositivos de la competencia, lo que se traduce en un mejor rendimiento del efecto de retroalimentación de Miller; como resultado, conmutan más rápido que los transistores bipolares.

Debido a sus ventajas, los IGBT son populares para muchas aplicaciones de conmutación de media potencia. Pueden utilizarse con CA, pero necesitan una circuitería adicional para permitir el funcionamiento bidireccional.

Para el funcionamiento bidireccional, los IGBT suelen necesitar dos dispositivos de polaridad opuesta para poder acomodar ambas mitades del ciclo: estos circuitos son ideales para la conmutación de potencia y otras aplicaciones de potencia.

Aplicaciones del IGBT

El IGBT, transistor bipolar de puerta aislada, se utiliza en muchas aplicaciones de potencia.

Estos dispositivos semiconductores son muy útiles para muchos diseños de circuitos electrónicos porque cruzan los límites entre la tecnología de los transistores bipolares y la de los FET de potencia. Esto significa que se utilizan en una gran variedad de aplicaciones de potencia:

  • Diversas formas de control de motores y tracción
  • Fuentes de alimentación conmutadas
  • Inversores CC-CA
  • Modulación por ancho de pulso para una gran variedad de ámbitos
  • Accionamientos de motores de CA y CC
  • Accionamiento de diversas formas de carga inductiva